王 聰

（北京中燕建設(shè)工程有限公司，北京 100000）

丁基后處理一、二線所用控制系統(tǒng)為1998 年WE公司提供的西門子S5-135U 系列，該系統(tǒng)為西門子早期產(chǎn)品，現(xiàn)已使用了20 年之久，在近幾年的系統(tǒng)維護(hù)過(guò)程中存在硬件老化、I/O 卡件故障率高、沒(méi)有備件支持等問(wèn)題[1]。控制系統(tǒng)故障已經(jīng)成為影響裝置平穩(wěn)運(yùn)行的潛在問(wèn)題，為保證丁基后處理能夠穩(wěn)定運(yùn)行，維護(hù)人員決定將西門子S5 控制系統(tǒng)升級(jí)為西門子S7-400，對(duì)其相應(yīng)硬件、軟件進(jìn)行升級(jí)，控制程序進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

1 工藝情況說(shuō)明

后處理工段的主要工藝流程是接收來(lái)自膠粒水罐的膠粒水，依次通過(guò)振動(dòng)篩、SDU 單螺桿擠壓機(jī)、DWD雙螺桿擠壓機(jī)及TCU 進(jìn)料輸送機(jī)，脫除膠粒中的水分，達(dá)到工藝要求后經(jīng)過(guò)壓塊機(jī)壓塊、薄膜包裝機(jī)包裝形成最終的產(chǎn)品。生產(chǎn)線相關(guān)的設(shè)備詳見(jiàn)表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備一覽表

2 聯(lián)鎖情況說(shuō)明

聯(lián)鎖主要分為工藝聯(lián)鎖和設(shè)備聯(lián)鎖2部分。工藝聯(lián)鎖主要分為3個(gè)區(qū)域，當(dāng)3個(gè)區(qū)域聯(lián)鎖全部投用時(shí)，流程前后所涉及的設(shè)備之間有啟停保護(hù)；當(dāng)3個(gè)區(qū)域聯(lián)鎖斷開(kāi)時(shí)，單臺(tái)設(shè)備可以單獨(dú)進(jìn)行調(diào)試。為保護(hù)設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備配有相應(yīng)的溫度、壓力、故障信號(hào)等方面的聯(lián)鎖測(cè)點(diǎn)，當(dāng)工藝操作的參數(shù)超過(guò)聯(lián)鎖設(shè)定值或設(shè)備發(fā)生故障時(shí)設(shè)備自動(dòng)停運(yùn)，并進(jìn)行報(bào)警提示，所有聯(lián)鎖邏輯均在原PLC中實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵設(shè)備的聯(lián)鎖設(shè)定情況詳見(jiàn)表2。

表2 DWD 雙螺桿和切刀啟停聯(lián)鎖條件關(guān)鍵設(shè)備聯(lián)鎖設(shè)定情況

3 控制系統(tǒng)升級(jí)改造方案

西門子S5系統(tǒng)升級(jí)為S7系統(tǒng)，硬件部分可以直接使用S7現(xiàn)有硬件進(jìn)行代替，程序部分升級(jí)改造有2種方案。

第一種方案是借鑒以往的操作經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合現(xiàn)有程序的基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)程序。該方案的優(yōu)點(diǎn)是利于以后設(shè)備維護(hù)和系統(tǒng)升級(jí)改造，可以將系統(tǒng)完全進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化；缺點(diǎn)是需要提供詳盡的工藝條件以及設(shè)備聯(lián)鎖保護(hù)方案，設(shè)計(jì)程序所需的時(shí)間比較長(zhǎng)。

第二種方案是利用現(xiàn)有西門子軟件STEP7 中自帶的程序轉(zhuǎn)化功能進(jìn)行轉(zhuǎn)化。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)化效率高，用時(shí)較短，程序相當(dāng)于完全復(fù)制，出錯(cuò)幾率較低；缺點(diǎn)是工程人員對(duì)轉(zhuǎn)換的內(nèi)部程序不熟悉，進(jìn)而造成調(diào)試過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)不能及時(shí)找出切入點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題根源。

由于此次升級(jí)改造是在大檢修期間進(jìn)行，沒(méi)有足夠的人力和時(shí)間對(duì)程序進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，故采用第二種升級(jí)方案，通過(guò)軟件將S5 系統(tǒng)程序直接轉(zhuǎn)化為S7 系統(tǒng)可用源文件，其中現(xiàn)場(chǎng)電纜與接線端子原封不動(dòng)。

3.1 硬件部分

硬件部分采用西門子S7-400H 系列PLC 控制系統(tǒng)硬件替換現(xiàn)有S5 系統(tǒng)，取消電氣配電間內(nèi)S5 系統(tǒng)的遠(yuǎn)程I/O 機(jī)架，對(duì)應(yīng)的I/O 點(diǎn)通過(guò)硬接線接入新系統(tǒng)；保留配電間內(nèi)S7-300 作為TCU 控制單元，取消目前S7-300 配套操作的觸摸屏，其功能在新的操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。原控制柜內(nèi)的急停控制器、DYNISCO 信號(hào)轉(zhuǎn)換器、頻率變送器和IBS 信號(hào)調(diào)節(jié)器等部件均使用其升級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行替代如圖1 所示。

圖1 PLC 系統(tǒng)配置圖

3.2 程序部分

S5 系統(tǒng)與S7 系統(tǒng)在編程語(yǔ)言、產(chǎn)品框架、塊類型和尋址方式上均有所不同，這就要求不僅要對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的編程習(xí)慣、編程語(yǔ)言、編程思路有具體深入的了解，同時(shí)要能找出S5 系統(tǒng)升級(jí)至S7 系統(tǒng)后的替代邏輯塊，使替代邏輯塊能夠完全實(shí)現(xiàn)相同的功能。程序部分的升級(jí)轉(zhuǎn)換大致需要以下幾個(gè)流程。

首先，必須了解后處理生產(chǎn)線的工藝流程、具體的操作步驟，以及詳細(xì)的設(shè)備聯(lián)鎖情況，只有掌握了這些內(nèi)容，程序轉(zhuǎn)化完畢后，才能夠?qū)Τ绦蚋咝?zhǔn)確地進(jìn)行分析和調(diào)試。

其次，掌握轉(zhuǎn)換后的S7 程序的邏輯塊與S5 原有邏輯塊的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如OB 與OB 組織塊對(duì)應(yīng)，S7 中FC 分別對(duì)應(yīng)原S5 程序中FX、FB、PB 功能塊，DB 數(shù)據(jù)塊與原S5 系統(tǒng)中DX 數(shù)據(jù)塊對(duì)應(yīng)等；利用S5 文件轉(zhuǎn)換器完成程序轉(zhuǎn)換后，應(yīng)逐項(xiàng)檢查信息情況，如出現(xiàn)錯(cuò)誤信息，應(yīng)將其錯(cuò)誤信息修改完畢后才能有效完成PLC 程序的轉(zhuǎn)化。

最后，與上位操作軟件Intouch 之間建立通信。原操作系統(tǒng)所用上位軟件為Intouch9.5 版本，通信協(xié)議為3964R，升級(jí)后上位操作軟件升級(jí)為InTouch 2014 R2版本，與PLC 之間通過(guò)DA Server 進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。其中，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，數(shù)據(jù)地址格式會(huì)有一定的變化。

4 升級(jí)方案的具體實(shí)施

4.1 程序轉(zhuǎn)換

程序轉(zhuǎn)換主要是利用STEP7 軟件自帶的“轉(zhuǎn)換S5文件”程序，打開(kāi)S5 系統(tǒng)的程序文件，點(diǎn)擊“開(kāi)始”按鈕，進(jìn)行程序轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)及時(shí)提示錯(cuò)誤信息和警告信息，轉(zhuǎn)換完成后生成3 個(gè)文件，分別是工程文件、源文件、故障文件。程序轉(zhuǎn)換軟件及生成的源文件如圖2 和圖3 所示。

圖2 程序轉(zhuǎn)換

圖3 生成的3 個(gè)文件

4.2 編譯源文件

打開(kāi)SETP7 軟件后，在Sources 源文件夾中插入轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的源文件，打開(kāi)源文件后進(jìn)行編譯，編譯成功無(wú)錯(cuò)誤后自動(dòng)生成相應(yīng)類型的功能塊。本次程序轉(zhuǎn)換在轉(zhuǎn)換和編譯過(guò)程中基本都是正確的，但是S5 系統(tǒng)中部分OB 塊在S7 系統(tǒng)中無(wú)法使用，需要用相同功能類型的塊進(jìn)行替換。源文件的編譯過(guò)程如圖4 所示。

圖4 源文件編譯

4.3 與上位軟件建立通信

與上位軟件的通信主要是通過(guò)DB 數(shù)據(jù)塊中定義的數(shù)據(jù)表來(lái)建立的，S5 程序中變量名是使用DB 數(shù)據(jù)塊中設(shè)置的名稱來(lái)定義的，如圖5 所示，當(dāng)轉(zhuǎn)化為S7后需要將其修改為名稱所對(duì)應(yīng)的地址來(lái)進(jìn)行通信。由圖5 可知，S5 中DB69.DW050 在S7 中對(duì)應(yīng)的地址應(yīng)該修改為DB69.INT100。

圖5 數(shù)據(jù)塊地址表

5 升級(jí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題

5.1 掌握升級(jí)后編程語(yǔ)言的問(wèn)題

所有邏輯塊全部使用STL 編程語(yǔ)言完成，極少部分可以轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)AD（梯形圖）來(lái)顯示，這就需要技術(shù)人員熟練掌握相關(guān)編程語(yǔ)言，才能真正實(shí)現(xiàn)其系統(tǒng)升級(jí)后的功能。

5.2 中間變量表缺失的問(wèn)題

轉(zhuǎn)化完成的程序只有I/O 地址表，所有的中間變量以及與上位軟件之間的通信變量均沒(méi)有描述，中間變量表的缺失問(wèn)題對(duì)程序的調(diào)試和分析造成了極大的困難。

5.3 系統(tǒng)之間循環(huán)中斷組織塊不匹配的問(wèn)題

由于S7 使用的循環(huán)中斷組織塊是OB32、OB33、OB34、OB35 這4 個(gè)，轉(zhuǎn)化完成的程序中所采用的OB31、OB36 循環(huán)中斷組織塊無(wú)法使用，導(dǎo)致系統(tǒng)下裝后CPU 無(wú)法正常啟動(dòng)，需要使用現(xiàn)有的OB32 替換OB31，OB33 替換OB36，以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，S7 中可用的循中斷組織塊如圖6 所示。

圖6 循環(huán)中斷功能塊

5.4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不一致的問(wèn)題

S5 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與S7 基本類似，但是表述方法不同[2]。例如：在S5 中KF 類型相當(dāng)于S7 中的INT；S5 中的KG 類型相當(dāng)于S7 中的REAL 等[3]。

5.5 2 套系統(tǒng)碼值不同的問(wèn)題

由于S5 系統(tǒng)中沒(méi)有集成好的庫(kù)文件，故S5 對(duì)于模擬量的測(cè)量中模擬量信號(hào)的讀取、輸入信號(hào)低于2 mA時(shí)觸發(fā)的輸出開(kāi)路報(bào)警以及輸入信號(hào)為0~4 mA 時(shí)故障值的設(shè)定等，這些功能均需要通過(guò)自定義的FC 塊功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中開(kāi)路報(bào)警的檢測(cè)是通過(guò)將輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的碼值與特定的檢測(cè)碼值比較來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于S5 系統(tǒng)與S7 系統(tǒng)碼值范圍不同，而且S7 系統(tǒng)中模擬量的讀取通過(guò)直接調(diào)用FC105 邏輯塊即可完成；所以模擬量數(shù)據(jù)的采集程序包括信號(hào)開(kāi)路報(bào)警的檢測(cè)以及輸入信號(hào)為0~4 mA 時(shí)功能塊的輸出均需要重新設(shè)計(jì)[4]。

5.6 控制回路中PID 功能塊不同的問(wèn)題

此次系統(tǒng)升級(jí)改造中每條線有5 個(gè)控制回路需要通過(guò)PID 功能塊來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而S5 系統(tǒng)中沒(méi)有PID 功能塊，參數(shù)的調(diào)節(jié)通過(guò)自編程序?qū)崿F(xiàn)，比較繁瑣，而升級(jí)后的S7 系統(tǒng)內(nèi)集成了PID 功能塊可以直接進(jìn)行調(diào)用；需要注意S7 中PID 功能塊中P、I、D 參數(shù)時(shí)間默認(rèn)的時(shí)間單位是ms，而S5 系統(tǒng)中自編程序默認(rèn)的時(shí)間是s。

5.7 升級(jí)過(guò)程中的體會(huì)

西門子PLC 程序進(jìn)行在線升級(jí)，通過(guò)自動(dòng)轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)換時(shí)可以按照以下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)。

第一，對(duì)于S5 的PLC 程序不需要全部理解得太透，具體的深入程度看個(gè)人的能力、愛(ài)好、工期的要求，起碼的了解程度是：首先了解原程序的程序結(jié)構(gòu)，各個(gè)功能數(shù)據(jù)塊的調(diào)用關(guān)系；其次，能知道程序中所有程序塊的作用，進(jìn)口生產(chǎn)線的程序中一般程序塊都很多，有系統(tǒng)的，有自己編的，可以不去知道每個(gè)語(yǔ)句的含義，但是必須了解每個(gè)塊的用途；最后，弄清各個(gè)DB 塊的作用，哪些是系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊，哪些是用于和HMI交互的，哪些是用戶數(shù)據(jù)塊，了解了這些方便于后期程序的修改。

第二，使用S7 自帶的S5 到S7 的轉(zhuǎn)換工具：con verting s5 files，使用此工具自動(dòng)轉(zhuǎn)換的正確率為70%左右，其余的30%則不能正確地轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)，這時(shí)候就需要人工檢查修改，轉(zhuǎn)換過(guò)程中，錯(cuò)誤的部分會(huì)有提示，根據(jù)提示去逐一檢查，找到錯(cuò)誤的地方后，對(duì)照S5的程序，用STEP7 的語(yǔ)句重新編寫即可[5]。

6 結(jié)束語(yǔ)

本次將控制系統(tǒng)由西門子S5 升級(jí)至S7，優(yōu)化了軟件、更新了硬件，進(jìn)一步完善了控制系統(tǒng)。通過(guò)程序轉(zhuǎn)化、硬件升級(jí)、上電調(diào)試、程序測(cè)試及模擬開(kāi)車等過(guò)程，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)試，檢修完成后2 條生產(chǎn)線已經(jīng)全部開(kāi)車運(yùn)行。運(yùn)行過(guò)程中裝置運(yùn)行平穩(wěn)、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，此次升級(jí)改造圓滿完成。